CN111154467B - 一种裸眼井段井筒处理液及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种裸眼井段井筒处理液及其施工方法，利用特定配置的预处理液在井筒温度条件下成胶时间可控、成胶强度可调的特性，配套现场施工工艺流程，可实现提高固井前地层承压能力及封堵出水通道的目的，为固井提供良好的井筒条件。形成的预处理液成胶时间控制在1h～2h，可适应不同井况；成胶后强度可控制在6MPa～9MPa范围内，可满足套管开窗侧钻井固井前地层承压能力要求；且施工工艺流程简单，施工风险低。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井工程技术领域，具体涉及一种井段井筒预处理方法。
背景技术
裸眼井段的预处理能够保障固井质量，对于侧钻小井眼固井前井筒准备更为重要。在长期注水开发的老区所施工的Φ139.7mm套管开窗侧钻井固井过程中常出现水泥浆漏失及溢流、出水压不稳地层，导致返高不够或油气水层间窜槽，影响油、水层分隔和井筒密封，且后期补救费用较高(单次射孔挤水泥补救费用约60万元)。以江苏油田为例，近5年开窗侧钻井固井质量不满足生产井的情况，发现固井质量不能满足生产的有79口，占比77.45％。悬挂器位置固井质量差共计74口，占比70.47％，油层位置固井质量差20口，占比19.05％。
目前国内外技术专家对提高固井质量研究主要集中在水泥浆体系及外加剂研究、前置液的冲洗效果评价和如何提高顶替效率；对于如何提高低压易漏地层的承压能力研究主要集中在Φ215.9mm井眼，采用的方法为在钻井液中加入颗粒类和纤维类的封堵材料，达到提高封堵效果的目的,但侧钻小井眼井环空间隙小，不能采用上述封堵方法提高易漏地层承压能力。
CN201510605460.1公开了一种SAGD井筒的挤液预处理方法，该方法包括：装配挤液预处理装置；将挤液预处理装置与注入泵和SAGD井筒进行连接，将注入管道的入口连接于注入泵上，利用注入泵和挤液预处理装置对短管和/或长管进行液体注入排出处理。上述方法能满足SAGD井筒挤液预处理技术对地面流程管汇的要求，但上述工艺相对复杂，所用设备多，成本较高。
张进双等人为了解决气液转换过程中的井壁稳定问题，在《气体钻井后井筒预处理井壁稳定技术》中探讨了疏水性处理剂对地层岩石表面润湿特性的改变机理，进行了润湿反转剂配方优选和室内试验研究。在川东北地区的多口井进行现场应用后，井壁稳定性明显好转，气液转换时间缩短，初步形成了适合川东北陆相地层地质特点的气液转换井壁稳定技术(参见《石油钻采工艺》2008年第5期48-51页)。但该文献没有公开如何提高固井前地层承压能力，防止固井过程中的水泥浆漏失或出水导致的窜槽，且该技术受到地区环境的局限性，通用性不高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种裸眼井段井筒预处理液及其施工方法，利用预处理液在井筒温度条件下成胶时间可控、成胶强度可调的特性，配套现场施工工艺流程，可实现提高固井前地层承压能力及封堵出水通道的目的，为固井提供良好的井筒条件。
本发明提供如下技术方案：
一种裸眼井段井筒预处理液，以重量份计，包括以下组份：
钠基膨润土30～50份
悬浮剂80～100份
成胶剂80～120份
堵漏剂60～100份
交联剂15～30份
增强剂50～200份
水1000份。
进一步地，根据所需预处理液密度的要求，还加入加重剂调节预处理液的密度。
进一步地，以重量百分比计，由以下组份组成：
钠基膨润土3％～5％
悬浮剂8％～10％
成胶剂8％～12％
堵漏剂6％～10％
交联剂1.5％～3％
增强剂5-20％
余量为水。
进一步地，以重量百分比计，由以下组份组成：
钠基膨润土4％
悬浮剂9％
成胶剂8％
堵漏剂8％
交联剂3％
增强剂20％
余量为水。
另一方面,本发明还提供了裸眼井段井筒预处理液的制备方法，包括以下步骤：
(1)先将水与钠基膨润土混合，于1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60min，再于6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40min，置于常温常压下水化至少24h；
(2)将步骤(1)水化后的混合体在6000～10000rpm的搅拌速度下，依次加入悬浮剂、成胶剂、堵漏剂、增强剂和交联剂；
(3)使用烧碱调节步骤(2)形成的混合体的pH值至8～9；
(4)向步骤(3)形成的混合体中加入加重剂，搅拌均匀，即制得裸眼井段井筒预处理液。
另一方面,本发明还提供了利用上述裸眼井段井筒预处理液进行预处理的施工方法，具体施工工艺流程为：
(1)漏层封堵流程：
①下光钻杆至漏层上部，先小排量后正常排量，循环测漏速，如不漏则关井憋压，测定憋压值和漏速，为井筒预处理施工提供依据；
②注入井筒预处理液，控制排量小于480l/min；
③准确计量漏失量，若井眼内留有堵剂少于1m3，则无须挤注，起钻至漏层上部，开泵顶通钻杆，静堵；若井眼内留有预处理液大于1m3，则泵顶通钻杆，关闸板防喷器，分多次向地层挤入2m3井筒预处理液；
④憋挤候堵24h后，下钻分段循环，排量为正常排量的1/2，如果不漏，排量逐步提高到比正常钻进时的排量大120～180l/min，如循环无漏失，则继续划眼到井底，如无漏失，则恢复生产；
⑤按照固井要求做地层承压试验，如地层承压能力达到要求则进行固井作业；否则调整预处理液配方，进行②至④步操作。
(2)高压水层封堵流程：
①钻遇高压注水层，关井记录稳定后的立管压力，计算压井液密度，并循环压井，压稳后起钻；
②下光钻杆至高压注水层上部，注入井筒预处理液，控制排量小于480l/min；
③关井憋挤，分多次向地层挤入2m3井筒预处理液，憋压候堵24h；
④缓慢泄压，观察套压和立压，若套压和立压为零，则封堵成功；
⑤否则，调整井筒预处理液配方，继续②至④步操作。
进一步地，所述注入井筒预处理液具体为：先打入1m3膨润土浆作为前置液，再打入上述裸眼井段井筒预处理液，然后再打入1m3膨润土浆作为后置液。
进一步地，所述膨润土浆中膨润土的浓度为3-4wt％。
本发明与现有技术相比较，具有以下有益效果：
(1)预处理液成胶时间可控制在1h～2h，可适应不同井况，通用性强。
(2)预处理液成胶后强度可控制在6MPa～9MPa范围内，可满足提高固井前地层承压能力要求。
(3)本发明既能封堵漏失通道又能封堵出水通道；
(4)施工工艺流程简单，施工风险低。
附图说明
图1为本发明井筒预处理液注入流程示意图；
图中，1-配液罐，2-泥浆泵，3-高压立管，4-井口闸板防喷器，5-钻井液，6-后置液，7-井筒预处理液，8-前置液，9-地层。
具体实施方式
一种裸眼井段井筒预处理液，以重量份计，包括以下组份：
钠基膨润土30～50份
悬浮剂80～100份
成胶剂80～120份
堵漏剂60～100份
交联剂15～30份
增强剂50～200份
水1000份。
在以下实施例中，所述悬浮剂为硅镁酸盐，所述成胶剂为淀粉接枝丙烯酸酰胺聚合物，所述堵漏剂为硅铝酸盐，所述交联剂为有机铬和双丙稀酰胺聚合物，所述增强剂为聚硅纤维混合物。可具体选择以下市售产品。
表1井筒预处理液基本原料明细表
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
先将1000g水与40g钠基膨润土混合，于3000rpm的搅拌速度下搅拌40min后，再于8000rpm的搅拌速度下搅拌30分钟，置于常温下水化24小时；将水化后的混合体在6000rpm的搅拌速度下，先加入90g悬浮剂XF-1、80g成胶剂CJ-1和80g堵漏剂HND-1，再加入50g增强剂ZJ-1，然后再加入0.5～30g交联剂JL-1。搅拌混合均匀后用烧碱将上述混合物的pH值至8～9；最后向上述混合体中加入钻井液用加重剂石灰石粉，搅拌均匀使钻井液的密度1.14g/cm3，即制得预处理液，并观察成胶时间。
表1交联剂对成胶时间的影响情况实验数据表
| 序号 | 温度,℃ | 密度，g/cm<sup>3</sup> | 成胶剂,％ | 交联剂,％ | 开始时间 | 结束时间 | 成胶时间,h |
| 1 | 50 | 1.14 | 8 | 0.5 | 9:00 | 不成胶 | |
| 3 | 50 | 1.14 | 8 | 1.5 | 8:55 | 11:10 | 2:00 |
| 4 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 8:50 | 10:20 | 1:30 |
| 5 | 50 | 1.14 | 8 | 2.5 | 8:50 | 10:00 | 1:10 |
| 6 | 50 | 1.14 | 8 | 3 | 9:00 | 9:55 | 0:55 |
由表1可知，在温度、和成胶剂浓度都相同的情况下，交联剂加量低于1.5％不成胶；随着交联剂加量的增加成胶时间逐渐缩短，成胶时间可控制在1h～2h之内；交联剂加量大于3％时，成胶时间小于1h。
实施例2
按照以下配方配置预处理液：4％钠基膨润土+8％成胶剂CJ-1+2％交联剂JL-1+9％悬浮剂XF-1+8％堵漏剂HND-1+5％增强剂ZJ-1+加重剂，配置过程与实施例1相同。并分别在50℃～70℃温度下养护评价成胶性能，实验结果如表2所示。
表2温度对成胶时间的影响情况
| 序号 | 温度,℃ | 密度，g/cm<sup>3</sup> | 成胶剂,％ | 交联剂,％ | 开始时间 | 结束时间 | 成胶时间,h |
| 1 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 8:50 | 10:20 | 1:30 |
| 2 | 55 | 1.14 | 8 | 2 | 9:15 | 10:10 | 0:55 |
| 3 | 60 | 1.14 | 8 | 2 | 9:15 | 9:55 | 0:45 |
| 4 | 65 | 1.14 | 8 | 2 | 9:15 | 10:00 | 0:40 |
| 5 | 70 | 1.14 | 8 | 2 | 9:15 | 9:45 | 0:30 |
由表2可知，所配制的预处理液随着养护温度从50℃升高至70℃，成胶时间从1.5h缩短至0.5h，随着温度的升高成胶时间明显缩短，因此针对不同的井温条件应及时调整配方。
实施例3
按照以下配方配置预处理液：4％钠基膨润土+8％成胶剂CJ-1+2％交联剂+9％悬浮剂XD-1+8％堵漏剂HND-1+0～20％增强剂ZJ-1+加重剂，配置过程与实施例1相同。并分别在50℃温度下养护，利用抗压试验仪测试不同加量的增强剂对预处理液成胶强度的影响，实验结果如表3所示。
表3增强剂对成胶强度的影响情况
| 序号 | 温度,℃ | 密度，g/cm<sup>3</sup> | 成胶剂,％ | 交联剂,％ | 增强剂，％ | 抗压强度，MPa |
| 1 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 0 | 6.0 |
| 2 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 5 | 6.75 |
| 3 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 10 | 7.75 |
| 4 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 15 | 7.95 |
| 5 | 50 | 1.14 | 8 | 2 | 20 | 9.0 |
由表3可知，随着增强剂加量的从0增加至20％，形成的胶体抗压强度从6MPa增加至9MPa，纳米增强剂进入预处理液硅铝氧化物体系的晶相间隙中形成晶相生长并固结，达到增强强度的功能。
实施例4
按照以下配方配置预处理液：4％钠基膨润土+8％成胶剂CJ-1+2％交联剂JL-1+9％悬浮剂XF-1+8％堵漏剂HND-1+5％增强剂ZJ-1+加重剂，配置过程与实施例1相同。使用PPT渗透封堵仪(400mD砂盘)，对该预处理液体系进行了封堵性评价。①未加温养护条件下，打压测试预处理液的流动性；②将温度升至50℃之后，静止养护1.5h(等待成胶)，逐级加压至7.0MPa(1MPa为一个压力梯度)，每级压力打压后稳定1min～5min，收集滤失量。
试验结果如表4所示，由表4可知，在未养护成胶的条件下，打压1MPa预处理液呈现线性射流出，1.5min堵剂全部滤失完，说明该与处理液在成胶前易进入地层的漏失通道；在50℃条件下养护成胶后，压力由1MPa升至7MPa，均没有滤液流出，说明能够封堵漏失通道，并将地层承压能力提高至设计要求。
表4 PPT试验结果数据
实施例5
一种裸眼井段井筒预漏层封堵处理方法，具体施工工艺流程为：
①下光钻杆至漏层上部，先小排量后正常排量，循环测漏速，如不漏则关井憋压，测定憋压值和漏速，为井筒预处理施工提供依据；
②注入井筒预处理液，控制排量小于480l/min，如图1所示，井筒预处理液注入流程为：泥浆泵2从配液罐1经高压立管3打入1m3前置液8，再从配液罐1内打入实施例1-4中的井筒预处理液7，打入1m3后置液6；其中，前置液8、井筒预处理液7、后置液6在配液罐1中由隔仓隔开，关闭井口闸板防喷器4，封闭钻具与井眼环空，用泥浆泵2注入钻井液5，从而向地层9内挤入井筒预处理液；
③准确计量漏失量，若井眼内留有堵剂少于1m3，则无须挤注，起钻至漏层上部，开泵顶通钻杆，静堵；若井眼内留有预处理液大于1m3，则泵顶通钻杆，关闸板防喷器，分多次向地层挤入2m3井筒预处理液；
④憋挤候堵24h后，下钻分段循环，排量为正常排量的1/2，如果不漏，排量逐步提高到比正常钻进时的排量大120～180l/min，如循环无漏失，则继续划眼到井底，如无漏失，则恢复生产；
⑤按照固井要求做地层承压试验，如地层承压能力达到要求则进行固井作业；否则调整预处理液配方，进行②至④步操作。
实施例6
一种裸眼井段井筒高压水层封堵处理方法，具体施工工艺流程为：
①钻遇高压注水层，关井记录稳定后的立管压力，计算压井液密度，并循环压井，压稳后起钻。
②下光钻杆至高压注水层上部，注入井筒预处理液，控制排量小于480l/min；注入井筒预处理液的过程与实施例5相同。
③关井憋挤，分多次向地层挤入2m3井筒预处理液，憋压候堵24h。
④缓慢泄压，观察套压和立压，若套压和立压为零，则封堵成功。
⑤否则，调整井筒预处理液配方，继续②至④步操作。
本发明形成的井筒预处理液体系，成胶时间可控制在1h～2h，成胶强度控制在6MPa～9MPa，且在成胶前易进入地层，成胶后可形成有效封堵，能够提高地层承压能力至固井前要求值，能够满足复杂井况下固井前对地层承压试验的要求，可解决因为地层承压能力不足而导致的套管开窗侧钻小井眼固井水泥浆漏失问题，有利于提高固井质量。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种裸眼井段井筒预处理液进行预处理的施工方法，其特征在于，所述裸眼井段井筒预处理液，以重量百分比计，由以下组份组成：
钠基膨润土 3%～5%
悬浮剂 8%～10%
成胶剂 8%～12%
堵漏剂 6%～10%
交联剂 1.5%～3%
增强剂5-20%
余量为水；
所述悬浮剂为硅镁酸盐，所述成胶剂为淀粉接枝丙烯酸酰胺聚合物，所述堵漏剂为硅铝酸盐，所述交联剂为有机铬和双丙稀酰胺聚合物，所述增强剂为聚硅纤维混合物；
具体施工工艺流程为：
（1）漏层封堵流程：
①下光钻杆至漏层上部，先小排量后正常排量，循环测漏速，如不漏则关井憋压，测定憋压值和漏速，为井筒预处理施工提供依据；
②注入井筒预处理液，控制排量小于480 l/min；
③准确计量漏失量，若井眼内留有堵剂少于1m3，则无须挤注，起钻至漏层上部，开泵顶通钻杆，静堵；若井眼内留有预处理液大于1m3，则泵顶通钻杆，关闸板防喷器，分多次向地层挤入2m3井筒预处理液；
④憋挤候堵24h后，下钻分段循环，排量为正常排量的1/2，如果不漏，排量逐步提高到比正常钻进时的排量大120～180 l/min，如循环无漏失，则继续划眼到井底，如无漏失，则恢复生产；
⑤按照固井要求做地层承压试验，如地层承压能力达到要求则进行固井作业；否则调整预处理液配方，进行②至④步操作；
（2）高压水层封堵流程：
①钻遇高压注水层，关井记录稳定后的立管压力，计算压井液密度，并循环压井，压稳后起钻；
②下光钻杆至高压注水层上部，注入井筒预处理液，控制排量小于480 l/min；
③关井憋挤，分多次向地层挤入2m3井筒预处理液，憋压候堵24h；
④缓慢泄压，观察套压和立压，若套压和立压为零，则封堵成功；
⑤否则，调整井筒预处理液配方，继续②至④步操作。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述注入井筒预处理液具体为：先打入1m3膨润土浆作为前置液，再打入上述裸眼井段井筒预处理液，然后再打入1m3膨润土浆作为后置液。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述膨润土浆中膨润土的浓度为3-4wt%。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，根据所需预处理液密度的要求，还加入加重剂调节预处理液的密度。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述裸眼井段井筒预处理液以重量百分比计，由以下组份组成：
钠基膨润土 4%
悬浮剂 9%
成胶剂 8%
堵漏剂 8%
交联剂 3%
增强剂20%
余量为水。
6.权利要求1或5所述的施工方法，其特征在于，裸眼井段井筒预处理液的制备方法包括以下步骤：
（1）先将水与钠基膨润土混合，于1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60min，再于6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40min，置于常温常压下水化至少24h；
（2）将步骤（1）水化后的混合体在6000～10000rpm的搅拌速度下，依次加入悬浮剂、成胶剂、堵漏剂、增强剂和交联剂；
（3）使用烧碱调节步骤（2）形成的混合体的pH值至8～9；
（4）向步骤（3）形成的混合体中加入加重剂，搅拌均匀，即制得裸眼井段井筒预处理液。
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2020
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